專利名稱：：汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本方法涉及一種應(yīng)用技術(shù)的研究，特別涉及一種汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法，其成果主要在道路交通安全工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷是指汽車駕駛員在道路上駕駛車輛時(shí)，道路、交通和環(huán)境條件對駕駛員施加的工作任務(wù)和頻率而產(chǎn)生的在精神壓力下的支撐工作的信息道能力。近年來，隨著人們對道路交通安全的關(guān)注，其相關(guān)研究越來越深入。但目前主要存在以下問題汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷的測量技術(shù)手段有很多種，主要包括主觀評價(jià)、主任務(wù)測量、剩余能力的次任務(wù)測量和生、心理測量等。但是這些方法在實(shí)際操作過程中都是相對獨(dú)立的。雖然現(xiàn)有技術(shù)能滿足部分標(biāo)準(zhǔn)，但能滿足所有標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)卻十分罕見。目前，對于汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷的研究，僅有定性的理論分析。對于上述技術(shù)方法測量出來的駕駛工作負(fù)荷，沒有明確的評估標(biāo)準(zhǔn)，針對汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷的計(jì)算沒有明確的理論計(jì)算方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，通過提供一種汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法，以使駕駛員駕駛工作負(fù)荷信息可以同步采集、多維信息的融合及篩選；以達(dá)到駕駛員駕駛工作負(fù)荷量化指標(biāo)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的—種汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法，利用駕駛員的生理、心理和駕駛行為來表征和獲取駕駛員駕駛工作負(fù)荷，采用主任務(wù)測量、生、心理測量和工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)的同步的測量，篩選指標(biāo)建立駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型；步驟1:構(gòu)建汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷特征信息檢測系統(tǒng)；所述系統(tǒng)由駕駛員生理、心理傳感器、駕駛員駕駛工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)和車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測系統(tǒng)構(gòu)成；檢測過程與上述駕駛工作負(fù)荷同步進(jìn)行；所述的檢測系統(tǒng)包括腦電儀、動態(tài)眼動儀、體位與心電儀、呼吸儀、皮膚電儀、動態(tài)GPS;上述系統(tǒng)，實(shí)時(shí)、同步獲取駕駛員包括大腦、動態(tài)視覺特征和視野范圍、心率、血壓、呼吸、皮膚和車輛運(yùn)行速度的多維的駕駛工作負(fù)荷信息；所述的車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，采集駕駛員行車軌跡、駕駛員操作失誤數(shù)、行車速度、加減速度、反應(yīng)時(shí)間和微觀行特征等作為主任務(wù)測量的評價(jià)指標(biāo)；所述的駕駛員駕駛工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)，對駕駛過程中自身身體的舒適程度進(jìn)行質(zhì)的分類或量的評估；根據(jù)不同駕駛負(fù)荷狀態(tài)的表述，選擇適合自己真實(shí)狀態(tài)的駕駛工作負(fù)荷等級；步驟2:汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型建立方法通過得到的駕駛工作負(fù)荷信息，通過數(shù)據(jù)分析和篩選進(jìn)行汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型；包括采用心電指標(biāo)作為駕駛員心生理駕駛工作負(fù)荷測量的表征指標(biāo)；所述的數(shù)據(jù)分析包括對駕駛員生理、心理指標(biāo)的變化，在不同的行車階段駕駛員面臨的應(yīng)激環(huán)境具有明顯的差異，將記錄到的生理、心理變量和駕駛員行車狀態(tài)進(jìn)行一一對應(yīng)，獲得不同道路交通環(huán)境條件下駕駛時(shí)刻駕駛員行車狀況對應(yīng)生理、心理變所述的數(shù)據(jù)還包括汽車駕駛員的動態(tài)駕駛特性和目前動態(tài)測量駕駛員認(rèn)知的生、心理可操作性，采用以駕駛時(shí)間為同步計(jì)算的參考標(biāo)準(zhǔn)；通過以駕駛員駕駛時(shí)視覺信息跟蹤同步獲取的多維動態(tài)駕駛工作負(fù)荷大樣本量數(shù)據(jù)的分析、篩選和挖掘，得出頻域分析指標(biāo)^前述的駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型為其中Ky——駕駛員i在道路上j位置的駕駛工作負(fù)荷度；LFy——駕駛員i在道路上j位置的低頻段功率值(ms2);HFy——駕駛員i在道路上j位置的高頻段功率值(ms2);A——駕駛員i正常工作負(fù)荷駕駛時(shí)的值；V;j——駕駛員i在道路上j位置的運(yùn)行速度(km/h)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果本發(fā)明一種汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法，通過在試驗(yàn)過程中記錄下駕駛員實(shí)時(shí)的視野范圍和視覺特征，綜合駕駛員駕駛工作負(fù)荷量表和駕駛工作負(fù)荷信息的生、心理信號，采取視頻、量表和心生理信息同步分析，并融合先驗(yàn)專家知識的分析策略，通過對大量樣本的實(shí)驗(yàn)研究來實(shí)現(xiàn)駕駛工作負(fù)荷信息的融合?；谝曈X特征，依照同步視覺錄像、手動記錄和駕駛工作負(fù)荷量表，篩選有意義的駕駛員心生理指標(biāo)參數(shù)，剔除存在外界干擾的不良試驗(yàn)信息，表征分析不同駕駛條件下駕駛員的心生理指標(biāo)變化情況，將多維、多通道的駕駛工作合法信息融合為一個(gè)可以有效表征駕駛員駕駛工作負(fù)荷的參數(shù)。由于本發(fā)明考慮了駕駛員駕駛行為的特點(diǎn)，提高了汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，同時(shí)操作方法簡便，為道路交通安全研究提供了參考依據(jù)。圖1為汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷多道信息獲取示意圖；圖2為對駕駛員進(jìn)行綜合篩選和分析獲得依據(jù)與傳感器連接示意圖；圖3為三名駕駛員不同路段實(shí)時(shí)駕駛工作負(fù)荷度(K》對比示意圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明根據(jù)基礎(chǔ)生理心理學(xué)原理，針對汽車駕駛員操作環(huán)境和操作任務(wù)的特殊性，通過理論分析論證和大量的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，融合、篩選駕駛員駕駛工作負(fù)荷的有效測量方法和具體量測指標(biāo)，建立汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷度量指標(biāo)和計(jì)算模型。汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算整體研究思路如圖l所示。其中l(wèi)為支撐理論，2為工作負(fù)荷評價(jià)方法，3為多維駕駛工作負(fù)荷信息，4為建立模型。本方法的駕駛員工作負(fù)荷主要是指駕駛員的腦力負(fù)荷，駕駛員在行車過程中完成駕駛?cè)蝿?wù)需要不斷地進(jìn)行信息采集和加工處理、決策以及反應(yīng)操縱，由此產(chǎn)生的精神壓力即為駕駛員的工作負(fù)荷。駕駛員的工作負(fù)荷與駕駛員自身生理、心理特征、駕駛經(jīng)驗(yàn)、駕駛行為安全態(tài)度以及行車道路、交通和環(huán)境有關(guān)。同樣道路、交通和環(huán)境條件下由于駕駛員的生理、心理特征、駕駛經(jīng)驗(yàn)、駕駛行為安全態(tài)度不同，駕駛員駕駛相同車輛的工作負(fù)荷不同；駕駛員的工作負(fù)荷與輸入的知覺信息量有關(guān)，不同行車環(huán)境具有不同的信息量，同一駕駛員在不同環(huán)境條件下駕駛工作負(fù)荷也不相同。本發(fā)明的汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法，是以駕駛員生、心理測量動態(tài)系統(tǒng)為平臺，采用以下步驟完成多汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷的計(jì)算步驟1:構(gòu)建汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷特征信息檢測系統(tǒng)汽車駕駛員的駕駛工作負(fù)荷特征信息檢測系統(tǒng)是由駕駛員生、心理傳感器、駕駛員駕駛工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)和車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測系統(tǒng)構(gòu)成的。三種駕駛工作負(fù)荷檢測技術(shù)同步進(jìn)行，三類特征信息實(shí)時(shí)傳遞駕駛工程中汽車駕駛員的駕駛工作信息。此三種駕駛工作負(fù)荷檢測技術(shù)分別為生、心理測量、主任務(wù)測量和主觀評定測量。通過汽車駕駛工作負(fù)荷試驗(yàn)，在駕駛仿真室和道路環(huán)境下采用腦電儀、動態(tài)眼動儀、體位與心電儀、呼吸儀、皮膚電儀、動態(tài)GPS等各種傳感器，實(shí)時(shí)、同步獲取駕駛員包括大腦、動態(tài)視覺特征和視野范圍、心率、血壓、呼吸、皮膚和車輛運(yùn)行速度等多維的駕駛工作負(fù)荷信息。如圖2所示。同時(shí)，隨車試驗(yàn)記錄人員應(yīng)記錄下突發(fā)事件及對應(yīng)時(shí)間，為對駕駛員生、心理指標(biāo)進(jìn)行綜合篩選和分析獲得依據(jù)。利用車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測系統(tǒng)采集駕駛員行車軌跡、駕駛員操作失誤數(shù)、行車速度、加減速度、反應(yīng)時(shí)間和微觀行為特征等作為主任務(wù)測量的評價(jià)指標(biāo)。雖然生理測量指標(biāo)具有客觀、實(shí)時(shí)的特性，但為了進(jìn)一步證明實(shí)驗(yàn)研究的可靠性和獲得可靠的駕駛員駕駛工作負(fù)荷閾限，因此在主任務(wù)和生、心理測量的同時(shí)同步進(jìn)行主觀評定測量，主觀和客觀評價(jià)方法同時(shí)進(jìn)行。駕駛員駕駛工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)就是讓駕駛員陳述駕駛過程中的腦力負(fù)荷體驗(yàn)或根據(jù)這種體驗(yàn)對駕駛過程中自身身體的舒適程度進(jìn)行質(zhì)的分類或量的評估。根據(jù)駕駛工作負(fù)荷的表現(xiàn)層次，對汽車駕駛工作負(fù)荷的特征分為三類，高工作負(fù)荷(不舒適)、正常工作負(fù)荷(舒適、較舒適)、低工作負(fù)荷(不舒適)，如表1所示。駕駛員通過量表對于不同駕駛負(fù)荷情況的描述，選擇適合自己狀態(tài)的駕駛負(fù)荷等級。本量表簡單、清晰、準(zhǔn)確的描述了駕駛員在不同狀態(tài)下的身體、心理狀態(tài)，鑒于駕駛工作負(fù)荷評價(jià)試驗(yàn)的一些限制，此量表是適合的。汽車駕駛員可以根據(jù)不同駕駛負(fù)荷狀態(tài)的表述，選擇適合自己真實(shí)狀態(tài)的駕駛工作負(fù)荷等級。表1駕駛員駕駛工作負(fù)荷度量表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>步驟2:汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型建立方法，通過上述駕駛工作負(fù)荷特征信息的采集可以得到大樣本量的駕駛工作負(fù)荷信息，基于工程生理心理學(xué)、道路交通工程學(xué)和駕駛工作負(fù)荷理論，通過數(shù)據(jù)分析和篩選進(jìn)行汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型的建立。由于一些生、心理學(xué)變量在條件精確控制的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下可以較為精確的測量，但在實(shí)際行車條件下受到的干擾因素復(fù)雜，難以精確測量，在實(shí)際應(yīng)用中可行性不高。而心電對實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件要求不高，又能較好的反應(yīng)駕駛員工作負(fù)荷變化，故選擇心電指標(biāo)作為駕駛員心生理駕駛工作負(fù)荷測量的表征指標(biāo)。駕駛員生、心理指標(biāo)的變化受多種因素的影響，在不同的行車階段駕駛員面臨的應(yīng)激環(huán)境具有明顯的差異。因此需將記錄到的生、心理變量和駕駛員行車狀態(tài)進(jìn)行一一對應(yīng)，才能去除其它干擾引起的駕駛員生、心理變化，準(zhǔn)確獲得不同駕駛時(shí)刻駕駛員行車狀況對應(yīng)生、心理變量的變化。汽車駕駛員的動態(tài)駕駛特性和目前動態(tài)測量駕駛員認(rèn)知的生、心理可操作性，采用以駕駛時(shí)間為同步計(jì)算的參考標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過大量實(shí)地和駕駛仿真試驗(yàn)，通過以駕駛員駕駛時(shí)視覺信息跟蹤同步獲取的多維動態(tài)駕駛工作負(fù)荷大樣本量數(shù)據(jù)的分析、篩選和挖掘，得出汽車駕駛員駕駛過程中的實(shí)時(shí)心率變異性(HRV)的一個(gè)關(guān)鍵的頻域分析指標(biāo)-;^能更加有效地反映駕駛員在駕駛〃F過程中的安全與舒適性，是汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷的敏感指標(biāo)，可以定3駕駛員駕駛工作負(fù)荷。利用計(jì)算模型卩￡f:的評價(jià)汽車<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>通過實(shí)驗(yàn)方案數(shù)據(jù)的采集和分析，計(jì)算得到汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷度(Ku)后，其可靠性通過表l中跟車時(shí)時(shí)采集的駕駛員駕駛工作負(fù)荷度量表和駕駛中的道路、交通和環(huán)境條件定性獲取的駕駛工作負(fù)荷度進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。應(yīng)用實(shí)例試驗(yàn)研究小客車駕駛員在云南羅富高速公路上行駛時(shí)的駕駛工作負(fù)荷情況。羅富高速試驗(yàn)路段全長78.647公里，隨機(jī)抽取了12名小客車駕駛員，分別采集其在試驗(yàn)路段上行駛時(shí)駕駛員的駕駛工作負(fù)荷多維信息，按本研究理論和方法進(jìn)行駕駛員駕駛工作負(fù)荷度的計(jì)算。試驗(yàn)采用了隨車實(shí)時(shí)記錄的方法，被試駕駛員在行車過程中佩戴動態(tài)生、心理儀器測量，實(shí)時(shí)記錄被試駕駛員行車時(shí)的生、心理指標(biāo)參數(shù)；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員隨車記錄被試駕駛員在行車過程中按照駕駛量表(表1)的描述所主觀評價(jià)的自我實(shí)時(shí)駕駛工作狀態(tài)及對應(yīng)時(shí)間。另外，錄像并記錄駕駛員在行車過程中遇到的可能對駕駛員心理造成影響的事件和對應(yīng)時(shí)間。根據(jù)采集獲取的20944組數(shù)據(jù)，計(jì)算駕駛員駕駛工作負(fù)荷度<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>化,以隨機(jī)抽取的3名小客車職業(yè)駕駛員的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，分別比較這3名駕駛員在試驗(yàn)路段I(K50+235K51+045)和試驗(yàn)路段II(K68+452K69+324)行駛期間，其各自的駕駛工作負(fù)荷度(Ku)。被試駕駛員基本信息見表2所示。表2被試駕駛員基本信息表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>試驗(yàn)路段I為小半徑曲線路段，3名駕駛員在此路段行駛過程中，均主觀評價(jià)其駕駛工作不舒適、感覺緊張，不能完全適應(yīng)道路狀況，即對應(yīng)為表l中的高工作負(fù)荷狀態(tài)。而在試驗(yàn)路段II上行駛時(shí)，這3名駕駛員均主觀評價(jià)其駕駛工作較舒適、駕駛操縱自如，即對應(yīng)為表l中的正常工作負(fù)荷狀態(tài)。對比三名駕駛員在相同時(shí)間段內(nèi)行駛于試驗(yàn)路段I和II上的實(shí)時(shí)駕駛工作負(fù)荷度(Ku)可以看出，雖然不同駕駛員在同一路段行駛時(shí)，其駕駛工作負(fù)荷變化不完全相同，且駕駛工作負(fù)荷度不完全一致，但是駕駛工作負(fù)荷度在路段I上較路段II上普遍增高，且變化顯著。如圖3所示。通過分析發(fā)現(xiàn)，在駕駛員自我評價(jià)其駕駛負(fù)荷高的時(shí)間段，其對應(yīng)的汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷度(Ky)明顯高于其自我評價(jià)正常工作負(fù)荷時(shí)的負(fù)荷度(Ky)明顯。根據(jù)以上結(jié)論可以說明，小客車駕駛員駕駛工作負(fù)荷度量指標(biāo)(Ku)同駕駛員定性的駕駛工作負(fù)荷量表(表l)相一致，此指標(biāo)可以準(zhǔn)確、有效地量化駕駛員的駕駛工作負(fù)荷，同時(shí)排除了運(yùn)行速度、駕駛員個(gè)體差異和車輛性能對于駕駛工作負(fù)荷的影響。權(quán)利要求一種汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法，利用駕駛員的生理、心理和駕駛行為來表征和獲取駕駛員駕駛工作負(fù)荷，采用主任務(wù)測量、生、心理測量和工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)的同步的測量，篩選指標(biāo)建立駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型；其特征在于，包括以下步驟步驟1構(gòu)建汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷特征信息檢測系統(tǒng)；所述系統(tǒng)由駕駛員生理、心理傳感器、駕駛員駕駛工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)和車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測系統(tǒng)構(gòu)成；檢測過程與上述駕駛工作負(fù)荷同步進(jìn)行；所述的檢測系統(tǒng)包括腦電儀、動態(tài)眼動儀、體位與心電儀、呼吸儀、皮膚電儀、動態(tài)GPS；上述系統(tǒng)，實(shí)時(shí)、同步獲取駕駛員包括大腦、動態(tài)視覺特征和視野范圍、心率、血壓、呼吸、皮膚和車輛運(yùn)行速度的多維的駕駛工作負(fù)荷信息；所述的車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，采集駕駛員行車軌跡、駕駛員操作失誤數(shù)、行車速度、加減速度、反應(yīng)時(shí)間和微觀行為特征等作為主任務(wù)測量的評價(jià)指標(biāo)；所述的駕駛員駕駛工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)，對駕駛過程中自身身體的舒適程度進(jìn)行質(zhì)的分類或量的評估；根據(jù)不同駕駛負(fù)荷狀態(tài)的表述，選擇適合自己真實(shí)狀態(tài)的駕駛工作負(fù)荷等級；步驟2汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型建立方法通過得到的駕駛工作負(fù)荷信息，通過數(shù)據(jù)分析和篩選進(jìn)行汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型；包括采用心電指標(biāo)作為駕駛員心生理駕駛工作負(fù)荷測量的表征指標(biāo)；所述的數(shù)據(jù)分析包括對駕駛員生理、心理指標(biāo)的變化，在不同的行車階段駕駛員面臨的應(yīng)激環(huán)境具有明顯的差異，將記錄到的生理、心理變量和駕駛員行車狀態(tài)進(jìn)行一一對應(yīng)，獲得不同駕駛時(shí)刻駕駛員行車狀況對應(yīng)生理、心理變量值；所述的數(shù)據(jù)還包括汽車駕駛員的動態(tài)駕駛特性和目前動態(tài)測量駕駛員認(rèn)知的生、心理可操作性，采用以駕駛時(shí)間為同步計(jì)算的參考標(biāo)準(zhǔn)；通過以駕駛員駕駛時(shí)視覺信息跟蹤同步獲取的多維動態(tài)駕駛工作負(fù)荷大樣本量數(shù)據(jù)的分析、篩選和挖掘，得出頻域分析指標(biāo)2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法，其特征在于所述的駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中&——i位駕駛員的駕駛工作負(fù)荷度；LFi——i位駕駛員的低頻段功率值(ms2);HFi——i位駕駛員的高頻段功率值(ms2);A,——i位駕駛員正常駕駛時(shí)的^值:y——i位駕駛員的運(yùn)行速度(km/h)。全文摘要本發(fā)明公開了一種汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算方法，利用駕駛員的生理、心理和駕駛行為來表征和獲取駕駛員駕駛工作負(fù)荷，采用主任務(wù)測量、生、心理測量和工作負(fù)荷自評估系統(tǒng)的同步的測量，篩選指標(biāo)建立駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型；包括構(gòu)建汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷特征信息檢測系統(tǒng)；汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型建立方法；通過得到的駕駛工作負(fù)荷信息，通過數(shù)據(jù)分析和篩選進(jìn)行汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算模型；采用心電指標(biāo)作為駕駛員心生理駕駛工作負(fù)荷測量的表征指標(biāo)；本發(fā)明考慮了駕駛員駕駛行為的特點(diǎn)，提高了汽車駕駛員駕駛工作負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，同時(shí)操作方法簡便，為道路交通安全研究提供了參考依據(jù)。文檔編號A61B5/16GK101690666SQ20091009354公開日2010年4月7日申請日期2009年10月13日優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日發(fā)明者張美杰,李安,王維利,胡江碧,龍偉峰申請人:北京工業(yè)大學(xué)